Ocena rozprawy doktorskiej mgr inz. Lukasza Lamcha pt. Synteza i wtasciwosci nowych funkcjonalizowanych micel polimerowych o znaczeniu terapeutycznym

Transkrypt

1 Prof, dr hab. Piotr Sobota Centrum Badawczo-Rozwojowe NOVASOME Grupa HASCO we Wroclawiu Wroclaw r Ocena rozprawy doktorskiej mgr inz. Lukasza Lamcha pt. Synteza i wtasciwosci nowych funkcjonalizowanych micel polimerowych o znaczeniu terapeutycznym Przedstawiona mi do oceny praca doktorska mgr inz. Lukasza Lamcha zostala wykonana w Zakladzie Technologii Organicznej i Farmaceutycznej Wydzialu Chemicznego Politechniki Wrociawskiej, pod kierownictwem prof, dr hab. inz. Kazimiery A. Wilk. Projektowanie i synteza nowych materialow maj^cych zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak medycyna, elektronika, no we zrodia energii i wielu innych, wytyczaja nowoczesne kierunki rozwoju technologii chemicznej i inzynierii materialowej. Wspolczesne badania w w/w zakresie dotycz^ w duzej mierze syntezy biokompatybilnych i bioaktywnych materialow maj^cych zastosowanie w medycynie. Poz^dane jest, aby lek docieral do miejsc dzialania w okreslonym st^zeniu, oraz aby terapeutyczna dawka pozostala niezmienna przez wystarczaj^co dlugi czas, niezb^dny do osi^gni^cia z^danego efektu. W rzeczywistosci jednak, dzialanie srodkow farmaceutycznych ograniczone jest przez degradacj^ zwi^zkow przed osi^gni^ciem celu, przez dzialanie na inne komorki i niezdolnosci do penetracji tkanek wynikaj^ca z natury chemicznej. Z tych powodow poszukiwane sq no we rozwi^zania, wykazuj^ce zwi^kszon^ odpowiedz farmakologiczn^. Jednym z takich rozwi^zan jest stosowanie ukladow nosnikowych opartych na polimerach. Roznorodnosc budowy chemicznej zwi^zkow polimerowych i zdolnosc dol^czenia si^ makroczasteczek w okreslone struktury daje ogromne mozliwosci w zakresie projektowania nowoczesnych, bardzo efektywnych nosnikow lekow, biofarmaceutykow lub materialow dla inzynierii tkankowej. Stosowane obecnie w onkologii klinicznej metody, takie jak radio- czy chemioterapia, nie dzialaj4 selektywnie na tkank? nowotworow^, co prowadzi do licznych powiklah zwi^zanych z uszkodzeniem zdrowych tkanek. Dlatego tez nowa, obecnie jeszcze powszechnie niestosowana terapia fotodynamiczna - PDT (ang. photodynamic therapy), wydaje si^ w tym aspekcie bardzo obiecuj^c^. Metoda ta opiera si^ na wykorzystaniu swiatloczulych zwi^zkow, ktore selektywnie kumuluj^ si w tkance nowotworowej. PDT jest procedure kilkuetapow^, ktorej skutecznosc zalezy od indukcji reakcji fotocytotoksycznych, b^d^cych wynikiem aktywacji swiatlem zaaplikowanego wczesniej fotouczulacza. Dlatego tez badania nowych generacji nanonosnikow substancji leczniczych obejmuj^ procesy solubilizacji i enkapsulacji 1

2 zwi^zkow hydrofobowych w systemach dostarczania docelowego lekow (ang. drug delivery systems, DDS), takich jak nanocz^stki, nanokapsuly, liposomy, micele polimerowe oraz inne uklady micelame, i mog^ nie tylko umozliwic zwi^kszenie biodost^pnosci i biodystrybucji dla oddzialywah selektywnych z tkank^ nowotworow^, ale rowniez spowodowac obnizenie kosztow catkowitych terapii. Badania te prowadzi z duzym powodzeniem promotor niniejszej pracy, prof, dr hab. inz. Kazimiera A. Wilk. Wpisuj^ si? one w swiatowy nurt badah i stanowi^ duze wyzwanie naukowe. Jest to projekt interdyscyplinamy z zakresu chemii i inzynierii materialowej oraz technologii chemicznej. Praca doktorska mgr inz. Lukasza Lamcha dotyczy badah nad syntezy i wlasciwosciami nowych funkcjonalizowanych micel polimerowych o znaczeniu terapeutycznym, zdolnych do solubilizacji substancji aktywnych, a takze okreslenia miejsca ich lokalizacji w nanonosnikach. Badania te maj4 zarowno charakter podstawowy, jak i aplikacyjny. Dlatego tez podj^cie ich uwazam za wazne i w pelni uzasadnione. Praca jest obszema i liczy 175 stron, a uklad rozprawy jest klasyczny. Sklada si? ona z wprowadzenia, streszczenia, przegl^du literaturowego, prezentacji celu pracy, cz^sci ^ eksperymentalnej, opisu i dyskusji wynikow badah wlasnych oraz spisu cytowanej literatury. > W dwustronicowym wprowadzeniu Autor podaje ogolne zalozenia pracy, ktore nast^pnie precyzuje w rozdziale zatytulowanym Cele i zalozenia pracy". Rozdzial ten jest poprzedzony 65-stronicowym przegl^dem literatury, zwi^zanej z tematyk^ rozprawy. Przegl^d literatury podzielono na trzy podrozdzialy. W pierwszym z nich omowiono metody otrzymywania kopolimerow blokowych, ich wlasciwosci oraz zdolnosc do tworzenia micel polimerowych. W przypadku, gdy micele tworz^ si? w ukladach zawieraj^cych lek, mozna uzyskac system, w ktorym lek b?dzie zamkni?ty w ich rdzeniu. Latwosc formowania micel polimerowych zawieraj^cych leki, enkapsuiowane w ich wn?trzu, oraz ogromna roznorodnosc zwi^zkow polimerowych o wlasciwosciach ulatwiaj^cych proces micelizacji spowodowala, ze struktury micelame otrzymywane z polimerow zarowno naturalnych (biopolimerow), jak i syntetycznych, s^ coraz cz?sciej stosowane jako nosniki lekow oraz uzywane jako prekursory nanostruktur polimerowych pod k^tem potencjalnych zastosowah w roznych dziedzinach medycyny, farmacji, katalizie chemicznej i inzynierii materialowej. W drugim podrozdziale mgr inz. Lukasz Lamch omawia szczegolowo metody otrzymywania i wlasciwosci micel polimerowych, sposob enkapsulowania substancji aktywnych i metod funkcjonalizowania micel polimerowych oraz ich koniugacji z substancjami aktywnymi. Trzeci podrozdzial to omowienie zwi^zkow chemicznych, stosowanych jako fotouczulacze, ktore wykazuj^ zdolnosc do przenoszenia energii 2

3 promieniowania swietlnego. Terapia fotodynamiczna (ang. PDT-photodynamic therapy) jest metody leczenia, w ktorej komorki rakowe, uczulone uprzednio na swiatlo, mozna zniszczyc poprzez ich naswietlanie. Metoda ta jest juz stosowana w Japonii, USA, Kanadzie, AustraUi, a takze w niektorych krajach Unii Europejskiej. W terapii fotodynamicznej mozna wyroznic trzy kluczowe elementy: fotouczulacz, swiatio o odpowiedniej dlugosci fali i tlen. Nanomaterialy w pol^czeniu z fotouczulaczami mog^ zwi?kszyc wydajnosc terapii fotodynamicznej oraz eliminowac jej efekty uboczne. Co wi?cej, dzi?ki manipulacji rozmiarami nanocz^steczek, mozna unikn^c przedostawania si? toksycznego fotosensybilizatora do zdrowych tkanek. W rozdziale tym szczegolowo omowiono przyklady roznych zwi^zkow chemicznych, a takze ich struktur, wraz z mozliwosci^ ich enakpsulowania w nanonosnikach. Cz?sc literaturow^ pracy oceniam bardzo dobrze. Jest to kompetentnie napisany rozdzial, ktory w pelni zasluguje na wyroznienie. W tej cz?sci rozprawy zacytowano 165 pozycji literaturowych, z ogolnej liczby 234 cytowanych w calej pracy. Druga cz?sc rozprawy (24 stron) obejmuje cz?sc doswiadczaln^. Zamieszczono tutaj opisy stosowanych reagentow i rozpuszczalnikow oraz sposoby ich przygotowania do reakcji. Identyfikacji i oceny czystosci stosowanych regentow Autor dokonal za pomoc^ metod badawczych: NMR, FT-IR, UV-Vis. Przedstawione wyniki badan pozwalaj^ stwierdzic, ze prawidlowo zidentyfikowal i scharakteryzowal otrzymane zwi^zki. Roznorodnosc przeprowadzonych reakcji oraz wszechstronnosc stosowanych technik badawczych swiadczy o duzym talencie eksperymentatorskim Doktoranta. Trzecia cz?sc rozprawy (70 stron) obejmuje wyniki wlasne i dyskusj?. Z przedstawionego obszemego omowienia wynika, ze praca doktorska mgr inz. Lukasza Lamcha zawiera bogaty i dobrze udokumentowany material doswiadczalny. Tematyka badawcza jest wazna i aktualna, a uzyskane wyniki s^ oryginalne i stanowi^ istotny wklad w poznanie mechanizmu i metod syntezy micel o hydrofobowym rdzeniu i hydrofilowej otoczce, powstaj^ce w wyniku agregacji (samoorganizacji) makroczasteczek, w tym amfifilowych kopolimerow blokowych. Podstaw^ sukcesu recenzowanej rozprawy doktorskiej byl trafny, swiadcz^cy o duzej intuicji naukowej wybor odpowiednich blokow budulcowych do konstruowania DDS typu miceli polimerowych, a takze otrzymanie nanonosnikow o scisle okreslonych rozmiarach, w celu uzyskania mozliwosci przenikania przez rozne bariery fizjologiczne i selektywnej akumulacji w okreslonym srodowisku wewn^trz- i zewn^trzkomorkowym. Swiadczy to o dojrzalosci naukowej Autora, ktory wykazal si? umiej?tnosci4 syntetycznego ujmowania problemu w dyskusji naukowej. 3

4 Rozprawa jest obszema i zawiera wiele waznych i istotnych osi^gni^c, ktorycli nie sposob omowic w ramach recenzji. Dlatego wymieni? tylko, moim zadaniem, najwazniejsze. Do szczegolnych osi^gni?c Autora nalezy zaliczyc opracowanie metod syntezy funkcjonalizowanych kopolimerow blokowych, przeznaczonych do formowania biokompatybilnych micel polimerowych. Doktorant wykazal, ze otrzymane kopolimery zbudowane s^ z hydrofilowego lahcucha poli(tlenku etylenu) oraz hydrofobowej cz?sci poliestrowej jak poli(x-laktydu) (X = L, D, LD) lub polikaprolaktonu (PCL) i s^ modyfikowane poprzez enkapsulacj? fotouczulacza z gmpy ftalocyjanin cynku o zroznicowanej hydrofobowosci, oraz cytostatyku kolchicyny. Innym niezwykle waznym osi^gni^ciem Doktoranta s^ unikatowe badania micel polimerowych, otrzymanych w wyniku procesow samoorganizacji funkcjonalizowanych kopolimerow blokowych i mieszanych, posiadaj^cych cechy wazne z punktu widzenia projektowania nowoczesnych efektywnych nosnikow lekow, biofarmaceutykow oraz materialow dla inzynierii tkankowej. Posiadaj^ one niewielkie rozmiary: w granicach 100 nm. Badania ich morfologii metody dynamicznego rozpraszania swiatla (ang. dynamic light scattering, DLS) oraz mikroskopii sil atomowych (ang. atomic force microscopy, AFM) - wykazaly sferyczny ksztalt oraz odpowiednie srednice hydrodynamiczne otrzymanych micel polimerowych. Natomiast badania procesow solubilizacji z wykorzystaniem spektroskopii w zakresie swiatla widzialnego i bliskiego ultrafioletu (UV-Vis) potwierdzily, ze otrzymane micele polimerowe mog^ bye wykorzystane jako efektywne nanonosniki lekow, cechuj^ce si? dobr^ wydajnosci^ solubilizacji substancji aktywnej. Enkapsuiowane w micelach polimerowych fotouczulacze wykazuj^ si? dobr^ stabilnosci^ koloidaln^ co znacz^co poprawia ich wlasciwosci terapeutyczne. Praca napisana zostala bardzo dobrze i nie sprawia tmdnosci czytaj^cemu. Niestety, zauwazylem pewne niedoci4gni?cia, ktore z obowi^zku recenzenta musz? wymienic. Doktorant wielokrotnie uzywa potocznych sformulowah, takich jak np: scharakteryzowane w aspekcie", zjawisk zwi^zanych z solubilizacji", na drodze samoorganizacji", nierozpuszczalnik", niewielkim rozrzutem rozmiarow", wykazuje doskonal^ mieszalnosc", wlasciwosci agreguj^ce", flankowany przez dwa lahcuchy hydrofobowe", zawiera niekiedy", architektur? liniow^", istotnych celow", przy fabrykowaniu nanofotouczulaczy", przefiltrowano", pustych oraz zaladownych ZnPc" itp. Przedstawione powyzej usterki wynikaj^ zapewne z tego, ze jest to nowa dziedzina chemii, o nieustalonej do kohca nomenklaturze, i nie maj^ istotnego wplywu na ostateczn^, pozytywn^ ocen? pracy doktorskiej mgr inz. Lukasza Lamcha. Wlozyl on wiele wysiiku w uzyskanie mozliwie duzej 4

5 liczby informacji o niezmiemie skomplikowanych procesach chemicznych. Opanowal liczne metody fizykochemiczne i umiej?tnie je zastosowal w swoich badaniach, a cz?sc przedstawionych wynikow opublikowal w 10 dobrych czasopismach o zasi?gu swiatowym, z czego 6 wchodzi w zakres pracy doktorskiej. Jest rowniez wspotautorem patentu i zgloszenia patentowego oraz publikacji ksi^zkowej. Doktorant przedstawil takze swoje wyniki na 9 konferencjach krajowych i zagranicznych. Praca ta posiada fundamentalne znaczenie dla rozwoju innowacyjnych systemow dostarczania lekow. Znalazly one szerokie zastosowanie w medycynie, a w szczegolnosci w innowacyjnych systemach dostarczania lekow. Korzysci plyn^ce ze stosowania polimerow wnikaji przede wszystkim z tego, iz polimery wykazuj^ lepszy profil farmakokinetyczny w porownaniu z molekulami drobnocz^steczkowymi. Oprocz dluzszego czasu trwania, wykazuj4 rowniez wysoki potencjal w stosunku do docelowych tkanek. Synteza nowych blokow, kopolimerow i projektowanie nowych kombinacji polimerow b?dzie tak dlugo ulepszac system dostarczania lekow, az osi^gni^ty zostanie wlasciwy profil biodost?pnosci i kontrolowanego uwalniania leku. Podj?cie przez Autora tak zaplanowanych badah uznaj? za przedsi?wzi?cie wazne, w pelni uzasadnione, poszerzaj^ce w znacznym stopniu wiedz? na temat mozliwosci poiaczenia roznych komponentow w jeden material, dziataj^cy selektywnie na tkank? nowotworow^. Porownuj^c eel i zalozenia pracy z przedstawionymi wynikami badah, mog? z przekonaniem stwierdzic, ze plan badah zostal w pelni zrealizowany. Dlatego tez z calym przekonaniem stwierdzam, ze przedstawiona mi do oceny rozprawa doktorska pt. Synteza i wtasciwosci nowych funkcjonalizowanych micel polimerowych o znaczeniu terapeutycznym'" spelnia wszystkie wymagania stawiane rozprawom doktorskim przez Ustaw? o Nadaniu Stopni i Tytulow Naukowych i zawiera wszystkie elementy podane w Rozporzadzeniu Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyzszego. Dlatego wnosz? do Wysokiej Rady Wydzialu Chemicznego Politechniki Wrociawskiej o dopuszczenie mgr inz. Lukasza Lamcha do dalszych etapow przewodu doktorskiego. Rownoczesnie, bior^c pod uwag? niezwykle obszemy i wartosciowy material zaprezentowany w pracy, o ogromnym znaczeniu poznawczym, udokumentowanym licznymi publikacjami w czasopismach o zasi?gu swiatowym, wnosz? o uznanie pracy doktorskiej mgr inz. Lukasza Lamcha za wyroznion^. 5